JAVA学习第二十六课（多线程（六））- 多生产者多消费者问题
多生产者多消费者问题
以生产馒头 消费馒头为例。
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name)
{
if (flag)
{
try {
this.wait();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
this.name = name + count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者----"+this.name);
flag = true;
notify();
}
public synchronized void out()
{
if (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---------消费者--------"+this.name);
flag = false;
notify();
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("馒头");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
public class Main
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t0 = new Thread(pro);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con);
Thread t3 = new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
上述代码容易出现一个问题，就是同一个馒头被多次消费，或者有的馒头没有被消费。单生者，单消费者不会出现这个问题
原因：notify 唤醒的线程是任意一个，比如t0 t1都是等待状态，t0活了之后，t1也可能被唤醒，所以就会产生多个馒头而没有被消费的情况，针对这个问题，flag的判断可以改为循环，这样却容易造成了死锁情况：t0 t1被wait了，t2正常消费一次，flag = false，唤醒了t0，因为循环t2 t3被wait了，t0执行一次，flag = true，假设唤醒t1，判断t0进行wait，while，t1也进入了等待，死锁状态
PS:冻结状态的线程被唤醒后本次就不参与判断，向下执行，所以简单来说，多个馒头没有被消费问题的产生，是因为冻结状态的线程不再继续参与判断造成的，而死锁是因为循环判断造成的
多生产多消费问题解决：
notify，改为notifyAll，当前本类线程中的一个正常执行后，唤醒所有线程，当前同类线程因为while，自然会继续等待，对方任意一个线程执行一次，对方剩余线程继续等待，这样就实现了生成对应消费
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
public synchronized void set(String name)
{
while (flag)
{
try {
this.wait();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
this.name = name + count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者----"+this.name);
flag = true;
notifyAll();
}
public synchronized void out()
{
while (!flag) {
try {
this.wait();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---------消费者--------"+this.name);
flag = false;
notifyAll();
}
}总结：
if判断，只会判断一次，容易造成不该唤醒的线程被唤醒了，出现问题
while判断，虽然解决了线程获取执行权后，是否要运行
notify，只能唤醒任意一个线程，但是唤醒本方线程，没有意义，且while+notify = 死锁
notifyAll，解决了本方线程一定会唤醒对方线程
所以，多生产多消费问题 = while + notifyAll，但是也造成了效率低的问题（本方不该唤醒，也被唤醒了）
新特性（JDK1.5升级）
如何不唤醒本方，只唤醒对方呢
void Fu()//前期
{
synchronized (obj) //关于锁的操作是隐式的，只有锁自己知道
{
code....
}
}
//后期升级,将锁这一事物封装成了对象 Lock L = new ReentrantLock();，将操作锁的隐式方式定义到了对象中
void Fu()
{
L.lock();//获取锁
code..
L.unlock();//释放锁
}接口Lock
Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。
Condition 将 Object 监视器方法（wait、notify 和
notifyAll）分解成截然不同的对象，以便通过将这些对象与任意
Lock 实现组合使用，为每个对象提供多个等待 set（wait-set）。其中，Lock 替代了
synchronized 方法和语句的使用，Condition 替代了 Object 监视器方法的使用。
Lock l = ...;
l.lock();
try {
// access the resource protected by this lock
} finally {
l.unlock();
}
Lock接口：替代了同步代码块或同步函数，将同步锁的隐式操作变成现实操作，更为灵活，可以一个锁加多个监视器
方法：
L.lock();//获取锁
L.unlock();//释放锁，一般与finally代码块连用
Condition接口：实现了Object中wait(),notify()，notifyAll()方法,将这些监视器方法进行了单独的封装，变成Condition监视器对象，可以任意锁进行组合
await() 相当于 wait
signal() 相当于 notify
signalAll(); 相当于 notifyAll
import java.util.concurrent.locks.*;
class Resource
{
private String name;
private int count = 1;
private boolean flag = false;
//创建一个锁
Lock L = new ReentrantLock();
//通过已有的锁，获取该锁监视器对象（Condition）
//Condition con = L.newCondition();
//通过已有的锁，获取两组监视器，一个监视生产者，一个监视消费者
Condition pro_con = L.newCondition();
Condition consu_con = L.newCondition();
public void set(String name)
{
L.lock();
try {
while (flag)
{
try {
pro_con.await();//线程冻结
}catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
this.name = name + count;
count++;
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---生产者5.0----"+this.name);
flag = true;
//con.signalAll();//唤醒所有线程
consu_con.signal();//唤醒消费者线程,不用All
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
finally
{
L.unlock();//释放锁
}
}
public void out()
{
L.lock();
try {
while (!flag) {
try {
consu_con.await();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---------消费者5.0--------"+this.name);
flag = false;
//con.signalAll();
pro_con.signal();
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
}
finally
{
L.unlock();
}
}
}
class Producer implements Runnable
{
private Resource r;
Producer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.set("馒头");
}
}
}
class Consumer implements Runnable
{
private Resource r;
Consumer(Resource r)
{
this.r = r;
}
public void run()
{
while(true)
{
r.out();
}
}
}
public class Main
{
public static void main(String[] args)
{
Resource r = new Resource();
Producer pro = new Producer(r);
Consumer con = new Consumer(r);
Thread t0 = new Thread(pro);
Thread t1 = new Thread(pro);
Thread t2 = new Thread(con);
Thread t3 = new Thread(con);
t0.start();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
实际开发是这样的代码
class BoundedBuffer {//缓冲区
final Lock lock = new ReentrantLock();
final Condition notFull = lock.newCondition();
final Condition notEmpty = lock.newCondition();
final Object[] items = new Object[100];//创建一个大的容器
int putptr, takeptr, count;
public void put(Object x) throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
items[putptr] = x;
if (++putptr == items.length) putptr = 0;
++count;
notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public Object take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
Object x = items[takeptr];
if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
--count;
notFull.signal();
return x;
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
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